TWI414207B - 串列控制器與串列雙向控制器 - Google Patents

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Description

串列控制器與串列雙向控制器
本發明係有關於一種串列控制器與串列雙向控制器，尤其是一種可用以同步傳輸串列中各級資料訊號之反向時脈串列控制器與串列雙向控制器。
近年來，隨著節能減碳之議題逐漸成為全球矚目之方向，在設計建築物之外觀照明、裝置照明或情境照明等商業用途時，利用發光二極體作為照明設備之趨勢亦愈加明顯。舉例而言，由於紅、藍、綠三色之發光二極體所形成之像素叢集(RGB cluster)，具有相當多樣性的光影變化效果，因此，像素叢集(RGB cluster)多被用來針對不同的照明體進行串接，以形成多級串列燈點之條狀屏、窗簾屏、或洗牆燈等，應用於長距離燈串之用途。
由於此類照明設備，多根據建築物的外觀或不同商業訴求而設計，因此，當所需照明的建築物外觀範圍越大，或照明體設計的複雜度越高的時候，設計者則必須串接數量較多的燈點、發光二極體與其驅動時脈，以形成較長串之像素叢集，進一步達到較佳的照明效果。
然而，此種串列像素叢集之問題在於，用來驅動串列中各級燈點之驅動時脈，並非單一總體訊號(Global signal)；也就是說，各級燈點之驅動時脈，皆是根據前一級燈點之驅動時脈而來。因此，當串列中某一級驅動時脈之訊號，因傳輸距離中可能發生的電容效應或累積效應，而導致該驅動時脈之工作週期(Clock duty cycle)偏移時，如：驅動時脈之訊號，高位準的時間與低位準的時間不相等，於此情況之下，在串列多級燈點而形成串列像素叢集時，越後級燈點的驅動時脈，其訊號之波形，將會因多級累積效應而失真(distortion)的非常嚴重。
除此之外，由於串列像素叢集中，每一級燈點之間的距離都相當長，若用來驅動燈點之驅動電路，抑或是該級燈點之發光二極體發生異常故障時，則資料訊號必須要從最後一級燈點的位置，回拉至第一級燈點處，以進行偵錯步驟。此種做法不僅降低串列像素叢集之偵錯效率，如前所述，亦容易造成驅動時脈波形失真的問題。
鑒於以上，本發明提供一種串列控制器，不僅可用以驅動並串列各級燈點，更可用以解決串列中各級燈點之驅動時脈波形失真的問題。其次，本發明另提供一種串列雙向控制器，以用以實現各級燈點之間，資料訊號可雙向傳輸之目的。
本發明提出一種串列控制器，適於接收一外部時脈及一輸入資料，並輸出一反向時脈及一輸出資料。串列控制器包含：一反向器、一串列位點偵測器、一同步時脈產生器、一串列暫存器與一半週延遲單元。
反向器係接收外部時脈並輸出反向時脈；串列位點偵測器依據外部時脈及輸入資料而輸出一位點訊號，其中位點訊號係為一奇訊號或一偶訊號；同步時脈產生器依據位點訊號及外部時脈輸出一同步時脈，當位點訊號為奇訊號時，同步時脈與外部時脈同相，當位點訊號為偶訊號時，同步時脈與外部時脈反相；串列暫存器依據同步時脈，接收並暫存輸入資料後將之輸出；半週延遲單元係接收來自於串列暫存器之輸入資料、延遲同步時脈之半週期後，輸出為輸出資料。
本發明另提出一種串列雙向控制器，包括：一反向器、一輸入接點、一串列位點偵測器、一同步時脈產生器、一串列暫存器、一辨視單元、一半週延遲單元、一輸出接點與一資料導向單元。
反向器係用以接收一外部時脈，並將之反相後輸出一反向時脈；輸入接點係用以接收一輸入資料；串列位點偵測器係依據外部時脈及輸入資料而輸出一位點訊號，其中位點訊號係為一奇訊號或一偶訊號；同步時脈產生器係依據位點訊號及外部時脈而輸出一同步時脈，其中當位點訊號為奇訊號時，同步時脈與外部時脈同相，而當位點訊號為偶訊號時，同步時脈與外部時脈反相；串列暫存器具有一接收端及一傳出端，且串列暫存器係依據同步時脈，而將接收端所收到之訊號暫存後，自傳出端輸出；辨視單元係依據輸入資料及同步時脈，輸出一控制訊號，其中控制訊號包含一回傳命令；半週延遲單元具有一輸入點及一輸出點，其中輸入點耦接於傳出端，且半週延遲單元將來自輸入點之資料延遲同步時脈之半週期後，從輸出點輸出；當資料導向單元接收到回傳命令時，資料導向單元將輸出接點耦接於接收端，並將輸出點耦接於輸入接點，而當資料導向單元未接收到回傳命令時，則將輸入接點耦接於接收端，並將輸出點耦接於輸出接點。
是故，根據本發明之串列控制器形成串列叢集時，可令各級串列控制器之輸出資料同步傳輸於輸入資料。其次，根據本發明之又一串列雙向控制器形成串列雙向叢集時，更可達到各級串列雙向控制器之間資料可雙向傳輸(即寫入下一級或讀回上一級)之目的。
以上有關於本發明的內容說明，與以下的實施方式係用以示範與解釋本發明的精神與原理，並且提供本發明的專利申請範圍更進一步的解釋。有關本發明的特徵、實作與功效，茲配合圖示作較佳實施例詳細說明如下。
「第1A圖」與「第1B圖」係為根據本發明第一實施例之串列控制器之應用架構示意圖，其係將串列控制器100應用於串列叢集1000，其中串列叢集1000係包括複數個串列控制器100。根據本發明第一實施例之串列控制器100，可以如「第1A圖」所示，用以驅動發光二極體10；抑或如「第1B圖」所示，用以驅動舞台燈光控制器(例如但不限於類似DMX 512控制器之功能)，但其應用領域不以此為限。舉例而言，串列叢集1000不僅可用來串列並傳輸資料訊號SDI0、SDI1、SDI2...SDIn至各級串列控制器100，亦可以將傳到各級串列控制器100的資料訊號，經過轉換後輸出為脈衝調變訊號(Pulse Width Modulation Signal，PWM)，或轉換為亮暗訊號、馬達驅動訊號等，以驅動發光二極體10或舞台燈光。
其中「第1A圖」與「第1B圖」中，連接中央控制單元，並接收資料訊號SDI0者，係為串列叢集1000中第零級之串列控制器100；而連接於第零級之串列控制器100，並以第零級之串列控制器100輸出之資料訊號SDI1作為其輸入資料訊號者，係為串列叢集1000中第一級之串列控制器100。
「第2圖」係為根據本發明第一實施例之串列控制器100之功能方塊示意圖，其中串列控制器100適於接收一外部時脈CKI及一輸入資料SDI，並輸出一反向時脈CKO及一輸出資料SDO。以「第1A圖」之串列叢集1000中的第零級之串列控制器100為例，則「第2圖」中之外部時脈CKI與反向時脈CKO係各自相應於「第1A圖」中之時脈訊號CKI0與CKI1；「第2圖」中之輸入資料SDI與輸出資料SDO係各自相應於「第1A圖」中資料訊號SDI0與SDI1。以下之詳細說明係以串列叢集1000中的第零級之串列控制器100為例，但非以此為限，串列叢集1000中之任一級串列控制器100皆為本發明之保護範圍，唯以第零級之串列控制器100作為以下說明之實施例而已。
串列控制器100包括一反向器102、一串列位點偵測器104、一同步時脈產生器106、一串列暫存器108與一半週延遲單元110。
反向器102接收外部時脈CKI並輸出反向時脈CKO，如「第3A圖」所示，令反向時脈CKO之相位於任一個工作週期T0、T1、T2、T3時，皆會反相於外部時脈CKI。
由於外部時脈CKI在串列叢集1000中的每一傳輸級之間，皆會被反相而輸出反向時脈CKO，因此，如果在傳輸過程中，外部時脈CKI之工作週期(Clock duty cycle)有不平均的現象時，該現象即可藉由下一級之串列控制器100而被平衡回來。是以，根據本發明之實施例，係用此方式解決因多級累積效應，而引起外部時脈CKI波形失真的問題。
串列位點偵測器104之輸入端用以接收外部時脈CKI及輸入資料SDI，並據以輸出一位點訊號PS，其中位點訊號PS係為一奇訊號或一偶訊號。如「第4A圖」所示，當外部時脈CKI於其第一上升邊緣RE(Rising Edge)時，若串列位點偵測器104偵測到輸入資料SDI為低位準時，串列位點偵測器104即輸出偶訊號為位點訊號PS；否則，如「第4B圖」所示，當外部時脈CKI於其第一上升邊緣RE(Rising Edge)時，若串列位點偵測器104偵測到輸入資料SDI為高位準時，則串列位點偵測器104輸出奇訊號為位點訊號PS。根據本發明第一實施例之串列控制器100，奇訊號與偶訊號係各別用以指示該級串列控制器100之位點位置係位於串列叢集1000中之偶級傳輸點(第0級、第2級...)或奇級傳輸點(第1級、第3級)。
同步時脈產生器106係依據位點訊號PS及外部時脈CKI而輸出一同步時脈ITLCK，舉例而言，當串列位點偵測器104輸出之位點訊號PS為奇訊號時，如「第5A圖」所示，同步時脈ITLCK與外部時脈CKI同相，而當位點訊號PS為偶訊號時，則如「第5B圖」所示，同步時脈ITLCK則與外部時脈CKI反相。
請參閱「第6圖」，係為根據本發明第一實施例串列控制器100，其內部之詳細電路示意圖。同步時脈產生器106可包括一第一反向單元502與一選擇器504，其中第一反向單元502係用以接收外部時脈CKI，並將外部時脈CKI反相後輸出至選擇器504。選擇器504之二輸入端係各自連接於第一反向單元502與外部時脈CKI，也就是說，選擇器504可選擇性地以外部時脈CKI或經由第一反向單元502反相後之外部時脈CKI為其輸出。承前例而言，即當位點訊號PS為奇訊號時，選擇器504即將外部時脈CKI輸出為同步時脈ITLCK；而當位點訊號PS為偶訊號時，選擇器則將第一反向單元502之輸出(即反相後之外部時脈CKI)做為同步時脈ITLCK。藉此，無論串列控制器100係位於串列叢級1000中之奇級傳輸點或偶級傳輸點，同步時脈產生器106皆可用以產生一不受傳輸點位置限制之同步時脈ITLCK，於此，同步時脈ITLCK即與第零級(或偶數級)傳輸點之串列控制器100所接收到的時脈相位差一百八十度。(以確保在資料傳輸過程中有足夠的設定時間(setup time)與保持時間(hold time))。
串列暫存器108係依據同步時脈ITLCK，接收並暫存輸入資料SDI，再將輸入資料SDI輸出至半週延遲單元110，完成串列中各級資料訊號之傳輸。除此之外，如「第1A圖」與「第1B圖」所示，當串列控制器100用來作為驅動發光二極體10或舞台燈光控制器(DMX 512)之驅動電路時，串列暫存器108亦可將其內部暫存之輸入資料SDI，經緩衝處理(意即將串列暫存器108中的輸入資料SDI緩存於一緩衝暫存器)後，輸出為脈衝調變訊號(Pulse Width Modulation Signal，PWM)，即將緩衝暫存器中的資料轉為PWM訊號，以驅動發光二極體10。又或是將緩衝暫存器中的資料轉為亮暗、馬達驅動訊號等，以驅動其他電子零組件，如：舞台燈光執行其預設功能。
由於反向時脈CKO係為外部時脈CKI之反相(意即各級串列控制器100之輸入時脈係反相於上一級串列控制器100之輸入時脈)，因此各級串列控制器100之輸出資料SDO皆會比預期提早半個週期到達其下一級之串列控制器100。
如「第3B圖」所示，則輸入資料SDI1會於時脈訊號CKI0於工作週期T1之下降邊緣FE(Falling edge)時即被觸發，而提前半個週期到達第一級串列控制器100。依此而言，若串列叢集1000中串列有n個串列控制器100，則第n級串列控制器100之輸出資料SDO即會提早n/2週期到達其下一級之串列控制器100。為了解決此一問題，根據本發明之第一實施例，半週延遲單元110係用以接收來自串列暫存器108之輸入資料SDI，並將輸入資料SDI 以同步時脈ITLCK之半週期延遲後，再輸出為輸出資料SDO。
如「第6圖」所示，根據本發明之第一實施例，半週延遲單元110包括一第二反向單元602與一暫存器604。第二反向單元602係接收同步時脈ITLCK，並將同步時脈ITLCK反相後輸出至暫存器604。暫存器604之一端用以接收輸入資料SDI，並且根據被第二反向單元602反相後之同步時脈ITLCK觸發後，再輸出資料SDO。藉此，半週延遲單元110可將自串列暫存器108輸出之訊號(即半週延遲單元110接收到之訊號)，延遲同步時脈ITLCK之半週期後(亦即讓下降邊緣FE往後延半個週期的時間)，如此一來，暫存器604所輸出的輸出資料SDO即可與反向時脈CKO同步，以達到串列叢集1000中各級串列控制器100之輸出資料SDO皆可同步於輸入資料SDI之目的。
請配合參閱「第1A圖」、「第1B圖」與「第3C圖」，當串列叢集1000中，第零級串列控制器100之輸入資料SDI0於工作週期T1內傳輸至第一級串列控制器100時，第一級串列控制器100即可於工作週期T2內接收到其輸入資料SDI1，以完成各級串列控制器100同步傳輸之目的。
其次，由於串列叢集1000係為各級串列控制器100串接傳輸，其資料訊號(輸入資料SDI與輸出資料SDO)皆為一級一級往後傳遞，因此各級串列控制器100皆需要透過其內部之解碼機制，以辨識資料訊號是否屬於該級串列控制器100所讀取。當串列叢集1000在長距離傳輸中有雜訊(noise)干擾，或遭遇熱插拔等情 況，串列控制器100之解碼機制可能會出錯並造成混亂。為了解決此一問題，根據本發明第二實施例，如「第7A圖」所示，串列控制器100a更可包括一逾時偵測器700，逾時偵測器700用以接收外部時脈CKI，並在外部時脈CKI滿足一特定條件時，輸出一重置訊號RESET予串列暫存器108，令串列控制器100a即使遇到熱插拔或雜訊干擾，亦可經過重置訊號RESET之觸發，而重新恢復其解碼機制。
「第8A圖」係為根據本發明第二實施例，逾時偵測器700之狀態機示意圖。逾時偵測器700包括步驟S802、S804、S806、S808、S810與S812。逾時偵測器700首先執行步驟S802等待外部時脈CKI，當外部時脈CKI產生時，逾時偵測器700於步驟S804中判斷該外部時脈CKI產生時，其間隔前一個外部時脈CKI之時間是否達一第一預定時間。若是，則逾時偵測器700於步驟S806中繼續等待下一個外部時脈CKI產生；否則，則回到步驟S802重新開始其狀態。
逾時偵測器700於步驟S806繼續等待下一個外部時脈CKI後，續於步驟S808中判斷其等待時間是否已達一第二預定時間。若是，則逾時偵測器700執行步驟S812，輸出重置訊號RESET；否則，逾時偵測器700進入步驟S810，判斷外部時脈CKI是否產生，其中若外部時脈CKI已產生，逾時偵測器700即回到步驟S802重新開始其狀態機制；若外部時脈CKI仍未產生，則逾時偵測器700回到步驟S806繼續等待。
舉例而言，請一併參閱「第8B圖」與「第8C圖」，其中「第8B圖」之相對時序波形圖，係為逾時偵測器700之狀態機沿著步驟S802、S804、S806、S808至S812輸出重置訊號RESET；而「第8C圖」係為逾時偵測器700之狀態機沿著步驟S802、S804、S806、S808，S810而回到S802重新開始其判斷機制(連續二個外部時脈間隔之時間未達第二預定時間，致使逾時偵測器700沿著步驟S808到S810而回到S802)。其中第一預定時間與第二預定時間可分別由使用者自行預定，例如：第一預定時間可為100個時脈週期時間(Clock cycle)、第二預定時間為50個時脈週期時間(Clock cycle)等等。
「第7B圖」係為根據本發明第三實施例之串列控制器100b，其功能方塊示意圖。其中逾時偵測器700可與串列位點偵測器104整合為單一電路方塊，以降低電路額外之製作成本及減少部分晶片之使用面積。於此，串列位點偵測器104亦可透過偵測重置訊號RESET與外部時脈CKI來判斷串列控制器100b於串列叢集1000中之位點位置。
舉例而言，請參閱「第9A圖」，當逾時偵測器700產生重置訊號RESET時，若此時串列位點偵測器104偵測到的外部時脈CKI係為高位準，則串列位點偵測器104輸出奇訊號為位點訊號PS；否則，即如「第9B圖」所示，當逾時偵測器700產生重置訊號RESET時，若串列位點偵測器104偵測到的外部時脈CKI係為低位準，則串列位點偵測器104輸出偶訊號為位點訊號PS。
由此，根據本發明第三實施例之串列控制器100b，不僅可將逾時偵測器700整合於串列位點偵測器104中，達到單一電路方塊之目的，更提供了另一種根據重置訊號RESET以判斷串列控制器100b位點位置的方法。
為了達到串列控制器100中之資料可雙向傳輸之目的，「第10A圖」與「第10B圖」係為根據本發明第四實施例之串列雙向控制器之應用架構示意圖，其係將串列雙向控制器900應用於串列雙向叢集9000，其中串列雙向叢集9000包括複數個串列雙向控制器900。根據本發明第四實施例之串列雙向控制器900，可以如「第10A圖」所示，用以驅動發光二極體10；抑或如「第10B圖」所示，用以驅動舞台燈光控制器(例如但不限於類似DMX 512控制器之功能)，但其應用領域不以此為限。舉例而言，串列雙向叢集9000不僅可用來串列並雙向傳輸資料訊號SDI0、SDI1、SDI2...SDIn於各級串列雙向控制器900之間，亦可以將傳到各級串列雙向控制器900的資料訊號SDI0、SDI1、SDI2...SDIn，經過轉換後輸出為脈衝調變訊號(Pulse Width Modulation Signal，PWM)，或轉換為亮暗訊號、馬達驅動訊號等，以驅動發光二極體10或舞台燈光。
「第11圖」係為根據本發明第四實施例之串列雙向控制器900之功能方塊示意圖，串列雙向控制器900包括一反向器902、一輸入接點903、一串列位點偵測器904、一同步時脈產生器906、一串列暫存器908、一辨視單元909、一半週延遲單元910、一輸出 接點911、與一資料導向單元912。
反向器902接收外部時脈CKI並輸出反向時脈CKO，如「第12圖」所示，令反向時脈CKO之相位於任一個工作週期T0、T1、T2、T3時，皆會反相於外部時脈CKI。
輸入接點903係用以接收一輸入資料SDI。串列位點偵測器904之輸入端用以接收外部時脈CKI及輸入資料SDI，並據以輸出一位點訊號PS，位點訊號PS係為一奇訊號或一偶訊號。其中串列位點偵測器904輸出之位點訊號PS為奇訊號或偶訊號之判斷方式，可如第一、二實施例，根據外部時脈CKI於其第一上升邊緣RE(Rising Edge)時，輸入資料SDI之高或低位準來決定。
同步時脈產生器906係依據位點訊號PS及外部時脈CKI而輸出一同步時脈ITLCK，舉例而言，當串列位點偵測器904輸出之位點訊號PS為奇訊號時，同步時脈ITLCK與外部時脈CKI同相；而當位點訊號PS為偶訊號時，同步時脈ITLCK則與外部時脈CKI反相。
請參閱「第13圖」，係為根據本發明第四實施例串列雙向控制器900，其內部之詳細電路示意圖。同步時脈產生器906可包括一第一反向單元1202與一選擇器1204，其中第一反向單元1202係用以接收外部時脈CKI，並將外部時脈CKI反相後輸出至選擇器1204。選擇器1204之二輸入端係各自連接於第一反向單元1202與外部時脈CKI，也就是說，選擇器1204可選擇性地以外部時脈CKI或經由第一反向單元1202反相後之外部時脈CKI為其輸出。 承前例而言，當位點訊號PS為奇訊號時，選擇器1204即將外部時脈CKI輸出為同步時脈ITLCK；而當位點訊號PS為偶訊號時，選擇器則將第一反向單元1202之輸出(即反相後之外部時脈CKI)做為同步時脈ITLCK。藉此，無論串列雙向控制器900係位於串列雙向叢級9000中之奇級傳輸點或偶級傳輸點，同步時脈產生器906皆可用以產生一不受傳輸點位置限制之同步時脈ITLCK，於此，同步時脈ITLCK即與第零級(或偶數級)傳輸點之串列雙向控制器900所接收到的時脈相位差一百八十度。(以確保在資料傳輸過程中有足夠的設定時間(setup time)與保持時間(hold time))。
串列暫存器908具有一接收端91及一傳出端92，串列暫存器908係依據同步時脈ITLCK，將自接收端91所收到之訊號暫存後再由傳出端92輸出。其次，如前一實施例所述，如「第10A圖」與「第10B圖」所示，當串列雙向控制器900用來作為驅動發光二極體10或舞台燈光控制器(DMX 512)之驅動電路時，串列暫存器908亦可將其內部暫存之輸入資料SDI，經緩衝處理(意即將串列暫存器908中的輸入資料SDI緩存於一緩衝暫存器)後，輸出為脈衝調變訊號(Pulse Width Modulation Signal，PWM)，即將緩衝暫存器中的資料轉為PWM訊號，以驅動發光二極體10。又或是將緩衝暫存器中的資料轉為亮暗、馬達驅動訊號等，以驅動其他電子零組件，如：舞台燈光執行其預設功能。
半週延遲單元910具有一輸入點93及一輸出點94，其中輸入點93耦接於傳出端92，且半週延遲單元910係將來自輸入點93 之資料以同步時脈ITLCK之半週期延遲後，再從輸出點94輸出。如「第13圖」所示，半週延遲單元910可包括一第二反向單元1302與一暫存器1304。第二反向單元1302係接收同步時脈ITLCK，並將同步時脈ITLCK反相後輸出至暫存器1304。暫存器1304之一端連接輸入點93，並且根據被第二反向單元1302反相後之同步時脈ITLCK觸發後，再將訊號輸出至輸出點94。藉此，半週延遲單元910可將自傳出端92輸出之訊號(即輸入點93接收到之訊號)，延遲同步時脈ITLCK之半週期後，再由輸出點94輸出，以達到自輸出點94輸出之訊號可同步於輸入資料SDI之目的。
辨視單元909係用以接收資料導向單元912之輸出資料(初始狀態預設為寫入下一級傳輸點，故資料導向單元912之輸出資料即為輸入資料SDI)及同步時脈ITLCK，並據此輸出一控制訊號CS，其中控制訊號CS包含一回傳命令Readmode。舉例而言，輸入資料SDI中可含有資訊標語Header，辨視單元909即可藉由對輸入資料SDI中的資訊標語Header進行解碼，以辨識輸入資料SDI是要被傳輸並寫入下一級串列雙向控制器900，或是讀回該級串列雙向控制器900的狀態值。於此，為減少晶片之使用面積，設計者可於設計電路時，選擇將辨視單元909與串列暫存器908整合為單一電路方塊，並據以降低電路額外之製作成本。
當資料導向單元912接收到回傳命令Readmode時，資料導向單元912即將輸出接點911耦接於串列暫存器908之接收端91(亦即將輸出接點911的訊號傳給接收端91)，並將半週延遲單元910 之輸出點94耦接於輸入接點903，以將輸出接點911之訊號同步回傳至輸入接點903。
而當資料導向單元912未接收到回傳命令Readmode時，資料導向單元912則將輸入接點903耦接於串列暫存器908之接收端91，並且將半週延遲單元910之輸出點94耦接於輸出接點911，以將輸入接點903之輸入資料SDI同步寫至串列雙向叢集9000中後一級之串列雙向控制器900。
資料導向單元912可包括一入切換開關(輸入雙向緩衝器)142、一出切換開關(輸出雙向暫存器)144與一選擇器146。入切換開關142具有一第一端41、一第二端42及一第三端43，且第一端41耦接於輸入接點903。出切換開關144具有一第一腳51、一第二腳52及一第三腳53，且第一腳51耦接於輸出接點911，第三腳53耦接於輸出點94與第三端43。選擇器146具有一第一入端61、一第二入端62及一輸出端63，且第一入端61耦接於第二腳52，第二入端62耦接於第二端42，輸出端63耦接於接收端91。
更明確地說，當資料導向單元912接收到回傳命令Readmode時，入切換開關142令第一端41耦接於第三端43，出切換開關144令第一腳51耦接於第二腳52，且選擇器146令第一入端61耦接於輸出端63，以將第一腳51之訊號(即輸出接點911)同步回傳至第一端41(即輸入接點903)。
而當資料導向單元912未接收到回傳命令Readmode時，入切 換開關142則令第一端41耦接於第二端42，出切換開關144令第一腳51耦接於第三腳53，且選擇器146令第二入端62耦接於輸出端63，以將第一端41(即輸入接點903)之訊號同步寫入第一腳51(即輸出接點911)，以作為串列雙向叢集9000中下一級串列雙向控制器900之輸入資料SDI。
為了解決串列雙向叢集9000在長距離傳輸中，受到雜訊(noise)干擾，或遭遇熱插拔等情況，而致使串列雙向控制器900之解碼機制可能出錯並造成混亂的問題，根據本發明第五實施例，如「第14A圖」所示，串列雙向控制器900a更可包括一逾時偵測器1500，逾時偵測器1500用以接收外部時脈CKI，並在外部時脈CKI滿足一特定條件時，輸出一重置訊號RESET予串列暫存器908，令串列雙向控制器900a即使遇到熱插拔或雜訊干擾，亦可經過重置訊號RESET之觸發，而重新恢復其解碼機制。其中逾時偵測器1500之狀態機示意圖，係同第二、三實施例之逾時偵測器700，故在此不再重述。
其次，如同本發明第三實施例(請參閱「第7B圖」)，為了降低電路額外之製作成本及減少晶片之使用面積，請參閱「第14B圖」，根據本發明第六實施例之串列雙向控制器900b，逾時偵測器1500係可選擇整合於串列位點偵測器904中，以達到單一電路方塊之目的。藉此，串列位點偵測器904亦可透過偵測重置訊號RESET與外部時脈CKI來判斷該級串列雙向控制器900之位點位置係位於串列雙向叢集9000中之奇級或偶級傳輸點，其判斷方式 係同本發明第三實施例，故在此不在贅述。
是以，根據本發明之第一實施例，利用串接各級串列控制器100以形成串列叢集1000時，同步時脈產生器106可用以產生一不受串列控制器100之傳輸位點影響之同步時脈ITLCK。其次，串列控制器100更可透過半週延遲單元110，以實現長距離串列中各級串列控制器100之資料訊號同步傳輸的目的。除此之外，根據本發明第四實施例之串列雙向控制器900，更可進一步達到各級串列雙向控制器900之間資料訊號雙向傳輸之目的，以在串列雙向控制器900工作異常時，提高串列雙向叢集9000之偵錯效率。
雖然本發明以前述的較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習相像技藝者，在不脫離本發明之精神與範圍內，當可作些許更動與潤飾，因此本發明之專利保護範圍須視本說明書所附之申請專利範圍所界定者為準。
10‧‧‧發光二極體
41‧‧‧第一端
42‧‧‧第二端
43‧‧‧第三端
51‧‧‧第一腳
52‧‧‧第二腳
53‧‧‧第三腳
61‧‧‧第一入端
62‧‧‧第二入端
63‧‧‧輸出端
91‧‧‧接收端
92‧‧‧傳出端
93‧‧‧輸入點
94‧‧‧輸出點
100,100a,100b‧‧‧串列控制器
102,902‧‧‧反向器
104,904‧‧‧串列位點偵測器
106,906‧‧‧同步時脈產生器
108,908‧‧‧串列暫存器
110,910‧‧‧半週延遲單元
142‧‧‧入切換開關
144‧‧‧出切換開關
146,504,1204‧‧‧選擇器
502,1202‧‧‧第一反向單元
602,1302‧‧‧第二反向單元
604,1304‧‧‧暫存器
700,1500‧‧‧逾時偵測器
900,900a,900b‧‧‧串列雙向控制器
903‧‧‧輸入接點
909‧‧‧辨視單元
911‧‧‧輸出接點
912‧‧‧資料導向單元
1000‧‧‧串列叢集
9000‧‧‧串列雙向叢集
SDI0,SDI1,SDI2,SDIn‧‧‧資料訊號
CKI‧‧‧外部時脈
CKO‧‧‧反向時脈
CKIO,CKI1,CKI2,CKIn‧‧‧時脈訊號
SDI‧‧‧輸入資料
SDO‧‧‧輸出資料
T0,T1,T2,T3‧‧‧工作週期
PS‧‧‧位點訊號
RE‧‧‧第一上升邊緣
FE‧‧‧下降邊緣
ITLCK‧‧‧同步時脈
RESET‧‧‧重置訊號
CS‧‧‧控制訊號
第1A圖與第1B圖係為根據本發明第一實施例之串列叢集之應用架構示意圖；第2圖係為根據本發明第一實施例之串列控制器之功能方塊示意圖；第3A圖係為根據本發明第一實施例外部時脈與反向時脈之波形示意圖；第3B圖係為根據第3A圖之各輸入資料提前半週期之波形示意圖； 第3C圖係為根據本發明第一實施例串列叢集之輸入資料與輸出資料之波形示意圖；第4A圖與第4B圖係為根據本發明第一實施例決定位點訊號之波形示意圖；第5A圖與第5B圖係為根據本發明第一實施例同步時脈之波形示意圖；第6圖係為根據本發明第一實施例之串列控制器之詳細電路示意圖；第7A圖係為根據本發明第二實施例之串列控制器之功能方塊示意圖；第7B圖係為根據本發明第三實施例之串列控制器之功能方塊示意圖；第8A圖至第8C圖係為根據本發明第二、三實施例，逾時偵測器之狀態機示意圖；第9A圖與第9B圖係為根據本發明第三實施例決定位點訊號之波形示意圖；第10A圖與第10B圖係為根據本發明第四實施例之串列雙向叢集之應用架構示意圖；第11圖係為根據本發明第四實施例之串列雙向控制器之功能方塊示意圖；第12圖係為根據本發明第四實施例外部時脈與反向時脈之波形示意圖； 第13圖係為根據本發明第四實施例之串列雙向控制器之詳細電路示意圖；第14A圖係為根據本發明第五實施例之串列雙向控制器之功能方塊示意圖；以及第14B圖係為根據本發明第六實施例之串列雙向控制器之功能方塊示意圖。
100．．．串列控制器
102．．．反向器
104．．．串列位點偵測器
106．．．同步時脈產生器
108．．．串列暫存器
110．．．半週延遲單元
CKI．．．外部時脈
CKO．．．反向時脈
SDI．．．輸入資料
SDO．．．輸出資料
PS．．．位點訊號
ITLCK．．．同步時脈

Claims (15)

  1. 一種串列控制器，適於接收一外部時脈及一輸入資料，並輸出一反向時脈及一輸出資料，該串列控制器包含：一反向器，係接收該外部時脈並輸出該反向時脈；一串列位點偵測器，依據該外部時脈及該輸入資料而輸出一位點訊號，該位點訊號係為一奇訊號或一偶訊號；一同步時脈產生器，依據該位點訊號及該外部時脈而輸出一同步時脈，當該位點訊號為該奇訊號時，該同步時脈與該外部時脈同相，當該位點訊號為該偶訊號時，該同步時脈與該外部時脈反相；一串列暫存器，係依據該同步時脈而接收並暫存該輸入資料後將之輸出；以及一半週延遲單元，係接收來自於該串列暫存器之該輸入資料、延遲該同步時脈之半週期後，輸出為該輸出資料。
  2. 如請求項1所述之串列控制器，其中當該外部時脈於一第一上升邊緣，且該輸入資料為高位準時，該串列位點偵測器輸出該奇訊號為該位點訊號，反之，則輸出該偶訊號為該位點訊號。
  3. 如請求項1所述之串列控制器，其中該同步時脈產生器於該位點訊號為該奇訊號時，將該外部時脈輸出為該同步時脈，當該位點訊號為該偶訊號時，該同步時脈產生器將該外部時脈反相後輸出為該同步時脈。
  4. 如請求項3所述之串列控制器，其中該同步時脈產生器包含：一第一反向單元，接收該外部時脈並將之反相後輸出；以及一選擇器，當該位點訊號為該奇訊號時，該選擇器係將該外部時脈輸出為該同步時脈，當該位點訊號為該偶訊號時，該選擇器將該第一反向單元之輸出做為該同步時脈。
  5. 如請求項1所述之串列控制器，其中該半週延遲單元包含：一第二反向單元，係將該同步時脈反相；以及一暫存器，依據被反相之該同步時脈接收該輸入資料後將之輸出。
  6. 如請求項1所述之串列控制器，另包含一逾時偵測器，該逾時偵測器係於該外部時脈滿足一條件時，輸出一重置訊號予該串列暫存器。
  7. 如請求項6所述之串列控制器，其中當該逾時偵測器輸出該重置訊號，且該外部時脈為高位準時，該串列位點偵測器輸出該奇訊號為該位點訊號，反之，則輸出該偶訊號為該位點訊號。
  8. 一種串列雙向控制器，包含：一反向器，接收一外部時脈並將之反相後輸出一反向時脈；一輸入接點，接收一輸入資料；一串列位點偵測器，依據該外部時脈及該輸入資料而輸出一位點訊號，該位點訊號係為一奇訊號或一偶訊號；一同步時脈產生器，依據該位點訊號及該外部時脈而輸出一同步時脈，當該位點訊號為該奇訊號時，該同步時脈與該外部時脈同相，當該位點訊號為該偶訊號時，該同步時脈與該外部時脈反相；一串列暫存器，具有一接收端及一傳出端，該串列暫存器依據該同步時脈，而將該接收端所收到之訊號暫存後自該傳出端輸出；一辨視單元，依據該輸入資料及該同步時脈，而輸出一控制訊號，該控制訊號包含一回傳命令；一半週延遲單元，具有一輸入點及一輸出點，該輸入點耦接於該傳出端，該半週延遲單元將自該輸入點之資料延遲該同步時脈之半週期後，從該輸出點輸出；一輸出接點；以及一資料導向單元，當接收到該回傳命令時，該資料導向單元將該輸出接點耦接於該接收端，並將該輸出點耦接於該輸入接點，當該資料導向單元未接收到該回傳命令時，將該輸入接點耦接於該接收端，並將該輸出點耦接於該輸出接點。
  9. 如請求項8所述之串列雙向控制器，其中該資料導向單元包含：一入切換開關，具有一第一端、一第二端及一第三端，該第一端耦接於該輸入接點；一出切換開關，具有一第一腳、一第二腳及一第三腳，該第一腳耦接於該輸出接點，該第三腳耦接於該輸出點及該第三端；以及一選擇器，具有一第一入端、一第二入端及一輸出端，該第一入端耦接於該第二腳，該第二入端耦接於該第二端，該輸出端耦接於該接收端；其中，當接收到該回傳命令時，該入切換開關使該第一端耦接於該第三端、該出切換開關使該第一腳耦接於該第二腳、且該選擇器使該第一入端耦接於該輸出端，當未接收到該回傳命令時，該入切換開關使該第一端耦接於該第二端、該出切換開關使該第一腳耦接於該第三腳、且該選擇器使該第二入端耦接於該輸出端。
  10. 如請求項8所述之串列雙向控制器，其中該同步時脈產生器於該位點訊號為該奇訊號時，將該外部時脈輸出為該同步時脈，當該位點訊號為該偶訊號時，該同步時脈產生器將該外部時脈反相後輸出為該同步時脈。
  11. 如請求項10所述之串列雙向控制器，其中該同步時脈產生器包含：一第一反向單元，接收該外部時脈並將之反相後輸出；以及一選擇器，當該位點訊號為該奇訊號時，該選擇器係將該外部時脈輸出為該同步時脈，當該位點訊號為該偶訊號時，該選擇器將該第一反向單元之輸出做為該同步時脈。
  12. 如請求項8所述之串列雙向控制器，其中該半週延遲單元包含：一第二反向單元，係將該同步時脈反相；以及一暫存器，依據被反相之該同步時脈接收該輸入點之訊號並將之輸出。
  13. 如請求項8所述之串列雙向控制器，其中當該外部時脈於一第一上升邊緣，且該輸入資料為高位準時，該串列位點偵測器輸出該奇訊號為該位點訊號，反之，則輸出該偶訊號為該位點訊號。
  14. 如請求項8所述之串列雙向控制器，另包含一逾時偵測器，該逾時偵測器係於該外部時脈滿足一條件時，輸出一重置訊號予該串列暫存器。
  15. 如請求項14所述之串列雙向控制器，其中當該逾時偵測器輸出該重置訊號，且該外部時脈為高位準時，該串列位點偵測器輸出該奇訊號為該位點訊號，反之，則輸出該偶訊號為該位點訊號。
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